Microscopy and Phase Analysis of Construction Materials

Garant předmětu:

Lubomír Kopecký

Přednášející:

Lubomír Kopecký, Zdeněk Prošek

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra mechaniky

Anotace:

Principy transmisní a reflexní optické mikroskopie. Polarizace světla a její využití při fázové analýze pevných látek. Technika polarizační optické mikroskopie a její aplikace ve výzkumu stavebních materiálů. Příprava vzorků.

Principy elektronové mikroskopie a mikroanalýzy. Generování elektronů a jejich interakce se zkoumanými objekty, detekce a interpretace dílčích sekundárních emisí. Scanovací (SEM) a transmisní elektronová mikroskopie (TEM), prvková mikroanalýza (EDX/WDX) a elektronová difrakce (EBSD-O.I.M.). Přehled nejužívanějších dostupných technik ESEM, EDX, WDX, O.I.M). Aplikace SEM a EDAX ve výzkumu stavebních materiálů. Příprava vzorků.

RTG (X-ray) fázová a strukturní analýza. Principy RTG analýzy a její aplikace ve strukturním a fázovém výzkumu stavebních materiálů. Fázová identifikace, přednostní strukturní uspořádání a RTG strukturní analýza deformací materiálů. Příprava vzorků.

Požadavky:

1. Základní orientace v oboru.

2. Základní znalost o fyzikálních principech jednotlivých metod.

3. Schopnost rozpoznat vhodnou metodu pro daný problém.

Osnova přednášek:

Syllabus struktury výuky dílčích mikroskopických disciplín

MSM 132

OPTICKÁ MIKROSKOPIE - MIKROSKOPIE VE VIDITELNÉM SVĚTLE

A.Obecné zákonitosti šíření světla prostorem a hmotou

B.Lom světelných paprsků

C1. Přechod světla mezi různými prostředími

C2. Lom od kolmice a ke kolmici

C3. Mezní úhel lomu

C4. Základní optické soustavy

C5. Vady čoček jejich důsledky a eliminace

C.Difrakce (ohyb) světelných paprsků

D1. Difrakce na mřížce

D2. Interference vln koherentního záření

D.Polarizace světla odrazem a průchodem a její význam

E.Princip uspořádání polarizačních optických mikroskopů

F.Mikroskopie v procházejícím světle

G.Aplikace optické polarizační mikroskopie při výzkumu stavebních materiálů

G1. Mikroskopie slínkových minerálů

G2. Mikroskopie hydratovaných cementových past

G3. Mikroskopie betonů - vztahy mezi výztuží (kamenivem) a cementovým pojivem

G4. Mikroskopie karbonátových a hydraulických pojiv - změny ve složení maltovin během procasu hydratace a karbonatace

ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE A S NÍ SPOJENÁ RTG SPEKTRÁLNÍ ANALÝZA (EDX)

A.Obecné zákonitosti emise elektronů a jejich šíření v účelově modifikovaném elektromagnetickém poli

B.Interakce emitovaných elektronů s hmotou - základní typy interakcí a jejich produkty:

B1. Sekundární elektrony (SE)

B2. Zpětně odražené elektrony - Back scattered eletrons (BSE)

B3. Augerovy elektrony

B4. RTG záření

C.Rastrovací (řádkovací) elektronová mikroskopie - „scanning electron microscopy - SEM“

C1. Principy uspořádání a funkce SEM - podmínka elektrické vodivosti vzorku

C2. Environmentální elektronová mikroskopie ESEM - výzkum nevodivých preparátů

C3. SEM s velmi úzkým svazkem elektronů - zdroj FEG

C4. Kombinovaný emisní zdroj - „dual beam“ - SEM(FEG) + galiová sonda

D.Transmisní elektronová mikroskopie

E.Detekce a využití sekundárních emisí interakcí emitovaných primárních elektronů se vzorkem

E1. SE - SED

E2. BSE - BSED

E3. RTG (paprsky X) -EDX, WDX

F.Využití metod založených na principech elektronové mikroskopie při výzkumu stavebních materiálů

F1. Výzkum cementářských slínků

F2. Výzkum cementových past v různých stadiích hydratace

F3. Výzkum betonů

F4. Výzkum kompozitních materiálů

F5. Využití elektronové mikroskopie a mikroanalýzy ve vztahu k mikromechanickému testování cementových past a mikrokompozitů

RASTROVACÍ TUNELOVÁ MIKROSKOPIE (STM) A PŘÍBUZNÉ TECHNIKY

A.Obecné principy mikroskopických technik založených na tunelovén efektu

B.AFM (atomic force microscopy) - mikroskopie atomárních sil

B1. Fyzikální princip metody a přístroje

B2. Konstrukce AFM

B3. Způsoby zobrazení a zpracování signálu (mód přitažlivých sil, bezkontaktní mód)

B3. Meze rozlišení, význam informace

C.STM (scannig tunneling microscopy) - řádkovací tunelový mikroskop

C1. Fyzikální princip metody a přístroje

C2. Konstrukce STM

C2. Meze rozlišení, omezení ve výběru vzorků

D.MFM (magnetic force microscopy) - mikroskopie magnetických sil

E.LFM (lateral force microscopy) - mikroskopie laterálních sil

F.EFM (electrostatic force microscopy) - mikroskopie elektrostatických sil

ROENTGNOVA DIFRAKCE (X-ray diffraction, XRD)

A.Geneze RTG záření a obecné principy šíření RTG záření v závislosti na prostředí

A1. Charakteristika zdrojů

A2. Budicí napětí

B.Úprava primárního svazku v závislosti na užití

C1. Monochromatizace RTG záření filtry nebo difrakcí

C2. Kolimace svazku

C.Využití RTG záření při výzkumu materiálů

D1. Difrakce na monokrystalech

D2. Prášková RTG difrakce

D2. Fotoregistrace difraktovaných svazků

D3. Scintilační registrace difraktovaných svazků

D4. Strukturní RTG difrakce polykrystalických matriálů - statistické vyhodnocení

přednostní orientace vybraných komponent materiálu - přímá korelace s reakcí daného materiálu v nehomogenním napěťovém poli.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalost principů dílčích metod umožní studentovi najít cestu k informaci o strukturním uspořádání a mineralogickém a chemickém složení daného materiálu. Student by měl mít dobrou představu o vypovídajících možnostech jednotlivých metod.

Studijní materiály:

Ekertová, L.- Frank, L. (2003): Metody analýzy povrchů. - Elektronová mikroskopie a difrakce. - ACADEMIA.

Kraus, Ivo (2003): Struktura a vlastnosti krystalů. ACADEMIA.

Král, J - Frank, L. (2003): Metody analýzy povrchů - Iontové a speciální metody. - ACADEMIA.

Dudek, A.- Palivová B. - Fediuk F. (1962): Petrografické tabulky.- NČSAV Praha.

Hejtman, B. - Konta, J. (1959): Horninotvorné minerály. - Nakl. ČSAV.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: